芥菜小孢子培养及染色体加倍技术体系的优化

摘要 为探究不同芥菜基因型和培养条件对小孢子培养效果的影响，建立适合芥菜小孢子培养及染色体加倍的最佳方案，对芥菜8 个不同变种的34 份自交系进行小孢子培养，比较不同热激时间、活性炭浓度、小孢子密度对出胚率的影响。结果显示，基因型对芥菜小孢子培养成功与否影响较大，34 份材料中11 份材料成功培养出胚状体；不同材料间出胚效果差异明显，其中，大头菜出胚率最高，可达23.85 胚/蕾；芥菜小孢子出胚最佳条件为32 ℃热激1～2 d，培养基含活性炭3～5 g/L，小孢子密度为1.5×105～2.0×105 个/mL。染色体加倍试验结果显示，1 g/L 秋水仙素溶液浸泡茎尖1 h 的处理加倍效率高、嵌合体少，可应用于芥菜染色体的加倍。

关键词 芥菜； 小孢子培养； 双单倍体； 小孢子胚胎发生； 染色体加倍

中图分类号 S637 文献标识码 A 文章编号 1000-2421（2024）02-0144-10

双单倍体（double haploid， DH）对于快速获得纯系、提高育种效率具有重要意义［1］，传统上通过多代自交获得纯系需要5 a 以上的时间，利用单倍体育种获得DH 系则可在2 a 内得到纯系。获得DH 系的常见方法包括：单倍体诱导系法、小孢子培养法、着丝粒组蛋白H3 介导法等。玉米DH 系通常由单倍体诱导系诱导产生单倍体后再进行染色体加倍获得［2］，十字花科作物主要通过小孢子培养获得DH 系。目前，小孢子培养技术已广泛应用于油菜、白菜等十字花科作物［3-4］，极大地推进了育种进程。

芥菜（Brassica juncea）是全世界广泛种植的一种十字花科作物，是重要的蔬菜、油料和调料作物，其遗传背景复杂、变种众多、用途广泛。芥菜具有明显的杂种优势，生产上常利用杂种优势进行新品种选育。因此，纯合亲本的选育对芥菜育种工作至关重要［5］。目前以宽柄芥为主的叶用芥菜小孢子培养技术体系已经逐步建立［5］，然而芥菜其他变种的小孢子培养尚未见报道，完善芥菜小孢子培养技术对提高芥菜育种效率意义重大。

小孢子培养受到各种因素的影响，基因型和培养条件都会影响小孢子培养效果［6］；其中，基因型对小孢子的胚胎发生能力起着至关重要的作用，芥菜遗传背景复杂且变种众多，研究各变种的小孢子培养效果不仅有利于探究基因型对小孢子培养的影响，还能够为小孢子培养出胚的遗传机制提供新线索。前人研究表明，培养条件（如热激处理、活性炭、小孢子密度等）在小孢子培养过程中发挥重要作用［7-9］，但这些因素对芥菜各变种小孢子培养的影响尚不清楚。同时，小孢子培养的单倍体植株无法正常产生配子，需对单倍体植株进行染色体加倍［10］。然而，芥菜单倍体的最佳染色体加倍条件仍不清晰。因此，本研究选用8 个变种的芥菜进行小孢子培养，对热激处理、活性炭、小孢子密度进行梯度处理，寻找适合芥菜的小孢子培养条件，优化芥菜小孢子培养技术；并采用不同秋水仙素处理组合，筛选出适用于芥菜的染色体加倍方案。

1 材料与方法

1.1 试验材料

根据芥菜的性状特征，芥菜分为16 个变种［11］，选取8 个变种34 份芥菜自交系作为试验材料（表1），包括分蘖芥（Brassica juncea var. multiceps Tsen etLee）、笋子芥（Brassica juncea var. crassicaulis Chenet Yang）、宽柄芥（Brassica juncea var. latipa Li）、茎瘤芥（Brassica juncea var. tumida Tsen et Lee）、大叶芥（Brassica juncea var. rugosa Bailey）、大头菜（Bras⁃sica juncea var. megarrhiza Tsen et Lee）、结球芥（Brassica juncea var. capitata Hort）、叶瘤芥（Brassicajuncea var. strumata Tsen et Lee），材料定植于华中农业大学国家蔬菜改良中心华中分中心，于2021 年秋至2023 年春季进行试验。